无线物联传感网分簇传输优化算法研究

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无线物联传感网分簇传输优化算法研究
目  录
摘  要
ABSTRACT
第一章 绪 论.....................................................................................................................1
引言............................................................................................................................1
§1.1 论文的研究背景和意义....................................................................................2
§1.2 主要工作及创新................................................................................................4
§1.3 结构框架............................................................................................................4
第二章 无线物联传感网的分类及特点..........................................................................6
§2.1 无线 Ad Hoc 网络..............................................................................................6
§ 2.1.1 无线 Ad Hoc 的特点...............................................................................6
§ 2.1.2 无线 Ad Hoc 的路由协议介绍...............................................................8
§2.2 无线传感器网络..............................................................................................10
§ 2.2.1 无线传感器网络的特点.......................................................................10
§ 2.2.1 无线传感器网络的路由协议介绍.......................................................12
§2.3 NS2 与网络仿真介绍......................................................................................13
§ 2.3.1 NS2 仿真软件介绍...............................................................................13
§ 2.3.2 无线网络的 NS 模拟.............................................................................14
§ 2.3.3 NS 仿真流程.........................................................................................14
第三章 无线 AD HOC 网络分簇传输优化算法研究...................................................16
§3.1 无线 Ad Hoc 网络分簇算法............................................................................16
§3.1.1 最小 ID 算法(Lowest-ID algorithm)......................................................16
§3.1.2 最高节点度算法（Highest-Degree algorithm）..................................17
§3.1.3 MOBIC 算法..........................................................................................17
§3.1.4 WCA 算法（Weighted Clustering Algorithm）....................................18
§3.2 IWCA 算法.......................................................................................................19
§3.2.1 最佳簇大小............................................................................................20
§3.2.2 IWCA 基本特性.....................................................................................22
§3.2.3 IWCA 算法描述.....................................................................................23
§3.3 仿真实验与分析..............................................................................................25

§3.3.1 模拟环境................................................................................................25
§3.3.2 仿真结果................................................................................................26
第四章 无线传感网络分簇传输优化算法研究............................................................30
§4.1 无线传感网络分簇算法..................................................................................30
§4.1.1 LEACH 协议..........................................................................................30
§4.1.2 PEGASIS 协议.......................................................................................31
§4.1.3 TEEN 协议.............................................................................................31
§4.1.4 HEED 协议.............................................................................................32
§4.2 MTP 改进算法.................................................................................................32
§4.2.1 系统模型................................................................................................32
§4.2.2 算法描述................................................................................................35
§4.3 仿真实验与分析..............................................................................................37
§4.3.1 参数设置................................................................................................37
§4.3.2 实验结果分析........................................................................................38
第五章 总结和展望........................................................................................................40
参考文献.........................................................................................................................41

摘要

近几年来，物联网已经成为了国内外重点讨论和研究的问题之一，有许多国

家己经把对物联网的研究上升到了国家战略的高度。“物联网 ” (Internet of

Things)，是将各种传感器设备，如射频识别（RFID）设备，激光扫描设备，全球

定位系统，红外感应设备和其他设备和互联网结合起来，形成一个庞大的网络系

统。目的是为了让所有的项目，可以通过网络连接到系统能自动并且实时确定对

象跟踪，定位，监控并触发相应的事件。

本文主要研究无线物联传感网中的传输算法的分簇路由算法。本文结合无线

物联传感网络的动态性、资源受限特性和应用需求，展开高效路由协议和算法方

面的研究，论文的主要工作和创新性成果包括:

1）在研究 WCA 算法的理论基础上，提出了 WCA 改进算法

IWCA（Improved Weighted Clustering Algorithm），该算法在保留原算法特点的基

础上，降低了网络通信开销，提高了性能。

2）比较研究了传感器网络现有的路由协议，参考 LEACH 分簇算法和 MTP

协议，提出了一种在 MTP 协议基础上将 LEACH 分簇思想引入进来的改进方法，

即在基于能量强度将网络节点分层后，再在各层上进行簇区分，均衡各传感器节

点的能量来提高网络的寿命。实验表明该路由算法可提高网络寿命。

关键词：无线物联传感网分簇路由协议 WCA IWCA MTP LEACH

NS2

第一章绪论

ABSTRACT

In recent years, Internet Of Things become the focus of international discussion

and research, many countries will have it up to the national strategic level. "Internet of

Things" refers to a variety of information sensing device, such as radio frequency

identification devices(RFID), infrared sensors, global positioning systems,

laser scanners and various devices and the Internet combine to form a

huge network. The aim is to have all the items connected with the network, the

system can be automated, real-time identification of objects, locate, track, monitor and

trigger the corresponding event.

This paper studies the wireless sensor network things together in the transmission

routing algorithm clustering algorithm. This material associated with the wireless sensor

network is dynamic, resource-constrained characteristics and application requirements,

expand the efficient routing protocols and algorithms research, the main work papers

and innovative achievements include:

1) In the analysis based on the WCA proposed IWCA (Improved Weighted

Clustering Algorithm) algorithm to improve performance while reducing overhead, and

maintain the general characteristics of the algorithm. Paper first describes the

background of clustering algorithm, and then explain the lack of several clustering

algorithms. Then focuses on the IWCA clustering algorithm, and finally through the

simulation of the clustering algorithm and WCA algorithms for performance

comparison.

2) comparative study of existing sensor network routing protocols, refer to LEACH

clustering algorithm and MTP protocol, proposed a basis for the MTP protocol LEACH

clustering will introduce the idea of coming in improved methods, that the energy

intensity of the network nodes based on stratification, then the distinction between

clusters on each floor, the energy balance of the sensor nodes to improve network

lifetime. Experiments show that the routing algorithm can improve the network lifetime.

Key words ：Wireless Sensor Network Of Things, Clustering

routing protocol, WCA, IWCA, MTP, LEACH, NS2

第一章绪论

引言

“物联网”(Internet of Things)，是将各种传感器设备，如射频识别（RFID）

设备，激光扫描设备，全球定位系统，红外感应设备和其他设备和互联网结合起

来，形成一个庞大的网络系统[1]。目的是为了让所有的项目，可以通过网络连接到

系统能自动并且实时确定对象跟踪，定位，监控并触发相应的事件。 “物联网”

这个概念的出现，改变了传统的思维模式。过去总是把基础物理设施和计算机技

术设备分开：一方面是建筑物、公路，而另一方面是个人电脑、数据中心、宽带等

在“物联网”的时代，电缆、水泥钢筋将会和电脑、芯片、互联网等整合成为新的

基础设备，在这个意义上说，整个世界就好像在这个基础设施上运转，而这个基

础设施，就像是一个地球工地，其中将包括社会管理、社会生产、经济管理以及个

人生活。在 1999 年提出了“物联网”这个概念，“物联网”的定义是：通过 RFID

等传感器设备将所有的事物和互联网联接，从而实现智能化识别、跟踪、定位、监

控以及管理。换一种说法，物联网是将各种信息传感设备和互联网衔接起来的一

种新型的技术。

国际电信联盟(ITU)在 2005 年发布了一份报告：《ITU 互联网报告 2005：物联

网》，在这份报告中显示，属于“物联网”的通信时代将要到来了，这个物联网

是无处不在的，在世界上的所有对象从房子到纸制品、从牙刷到轮胎都要通过互

联网来进行信息的传递。传感器技术、射频识别技术、嵌入式技术、纳米技术都将被

应用到更为广泛的领域[2]。

世界上首届物联网国际会议“Internet Of Things 2008”于2008 年3月在苏黎世

举行，会议中讨论了“物联网”的新思路和新技术以及如何推动物联网的进一步

发展[3]。奥巴马当选美国总统之后，和美国商业领袖们进行过一次会议，在这次会

议中 IBM 首席执行官Sam Palmisano 首次提出“智慧的地球”这个概念，他建议

政府能够对新型的智能基础设施进行投资，并阐述了其短期利益和长期利益。奥

巴马对此表示肯定，他说道： “经济将刺激资金在互联网宽带等新兴技术的投资，

这是毫无疑问的，这将是美国在 21 世纪保持和恢复竞争优势的方式”。这一概念

的提出，引起了美国各界的极大关注，甚至一些分析家认为，IBM 的想法是非常

有可能上升到国家战略的高度的，并且引起了全世界的轰动[5]。

2009 年8月7日，国务院总理温家宝到无锡微纳传感网工程技术研发中心参

观并作了重要讲话。8月24 日，中国移动通信集团公司董事长王建宙来台举行演

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摘要：

无线物联传感网分簇传输优化算法研究目录摘要ABSTRACT第一章绪论.....................................................................................................................1引言............................................................................................................................1§1.1论文的研究背景和意义..........

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